專利名稱：一種單聲道相關法超聲波氣體流量計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體流量計，尤其是涉及一種單聲道相關法超聲波氣體流量計。
背景技術：
目前，常用超聲波流量計包括相關法、時差法流量計等。傳統(tǒng)的相關法流量計，采用垂直于管道的平行雙聲道布置，利用被測量流體內(nèi)部存在的隨機流動噪聲現(xiàn)象產(chǎn)生傳感器(換能器)的調(diào)制作用來提取有用流動噪聲信號，并對兩路噪聲信號進行相關運算，得到流體經(jīng)過兩傳感器的時間間隔，從而獲得流動信息。實際進行相關運算的兩信號并不是作為載波的超聲波信號，而是隨機噪聲信號，需要精確解調(diào)出噪聲信號，并對微弱的噪聲信號進行一系列處理，對硬件的要求很高。而傳統(tǒng)的時差法流量計通過測量超聲波在兩傳感器之間的傳播時間間隔來獲得流動信息，其精度提高的瓶頸是如何確定超聲波到達接收傳感器的時刻點，一般采用門檻電壓來確定，對硬件要求也較高，且受流體的影響大。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種硬件簡單、 成本低、精度較高的單聲道相關法超聲波氣體流量計。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，該氣體流量計包括第一換能器、第二換能器、換能器安裝管道、切換電路、發(fā)射電路、接收電路以及控制芯片，所述的第一換能器和第二換能器設在換能器安裝管道上，并連接切換電路，所述的發(fā)射電路的輸入端連接控制芯片，輸出端連接切換電路，所述的接收電路輸入端連接切換電路，輸出端連接控制芯片。切換電路用于切換發(fā)射電路和接收電路與第一換能器以及第二換能器的交替連接，實現(xiàn)超聲波的順流和逆流兩種狀態(tài)下的發(fā)射和接收。首先，第一換能器、第二換能器通過切換電路分別與發(fā)射電路連接和接收電路連接，控制芯片發(fā)射超聲波激勵信號控制第一換能器發(fā)出超聲波，第二換能器接收到的回波信號，通過接收電路存儲在控制芯片中，作為相關運算的第一組信號；之后，控制芯片發(fā)出切換信號，改變切換電路的狀態(tài)，使第二換能器與發(fā)射電路連接，第一換能器與接收電路連接，控制芯片發(fā)射超聲波激勵信號控制第二換能器發(fā)出超聲波，第一換能器接收到的回波信號，經(jīng)過通過接收電路存儲在控制芯片中， 作為相關運算的第二組信號?？刂菩酒瑢山M信號進行相關運算，計算出兩信號時間間隔， 并求出流速流量值，并且不斷重復上述過程。所述的接收電路包括放大電路、濾波電路和AD采集電路，所述的切換電路、放大電路、濾波電路、AD采集電路和控制芯片依次連接。所述的濾波電路為帶通濾波電路。所述的AD采集電路為高頻AD采集電路。所述的第一換能器和第二換能器以單聲道布置方式設置在換能器安裝管道上，第一換能器、第二換能器與換能器安裝管道之間的夾角為30° 60°。該氣體流量計還包括用于顯示流速流量信息的IXD顯示電路和用于連接上位機的通信電路。所述的通信電路為串口通信電路。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型將相關法理論引入到時差法流量計中，進行相關運算的兩個信號就是順逆發(fā)射的兩個超聲波回波信號，不需要經(jīng)過噪聲解調(diào)，也不需要經(jīng)過電壓比較等環(huán)節(jié)，硬件大大簡化，克服了傳統(tǒng)的時差法和相關法流量計的研制難點。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的原理圖；圖3為本實用新型的換能器安裝管道的立體結構示意圖；圖4為本實用新型的換能器安裝管道的沿軸向的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖1 4所示，一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，該氣體流量計包括第一換能器1、第二換能器2、換能器安裝管道9、切換電路3、發(fā)射電路4、接收電路6、控制芯片5、 IXD顯示電路7和通信電路8。第一換能器1和第二換能器2以單聲道布置方式分別設置在換能器安裝管道9上的支管91、92上，第一換能器1、第二換能器2與換能器安裝管道9 之間的夾角α為30°。第一換能器1、第二換能器2、發(fā)射電路4以及接收電路6均與切換電路3連接，通過切換電路3使發(fā)射電路4、接收電路6與第一換能器1、第二換能器2交替連接，實現(xiàn)超聲波的順流和逆流兩種狀態(tài)下的發(fā)射和接收。控制芯片5的輸出端連接發(fā)射電路4，輸入端連接接收電路6，該接收電路6包括放大電路61、濾波電路62和AD采集電路 63，切換電路3、放大電路61、濾波電路62、AD采集電路63和控制芯片5依次連接。通信電路8和IXD顯示電路7均與控制芯片5連接，用于與上位機通訊和顯示流速流量信息。濾波電路62為帶通濾波電路，AD采集電路63為高頻AD采集電路，通信電路8為串口通信電路。圖2表明了本實用新型測量時的基本原理，超聲波順流、逆流各發(fā)射一次，則接收換能器可以接收到兩個回波信號，由于發(fā)射的超聲波信號相同，流體狀態(tài)相同，這兩個回波信號形狀相同，只是在時域上有延時τ，對這兩個回波信號進行相關函數(shù)計算即可得出τ 的值。τ即為超聲波順逆流傳播時間差。ν為流體流速，α為A、B和流體流速方向夾角， L為A、B之間的距離，即聲道長度。c為超聲波在該靜止流體中的傳播速度。由時差法原理
可知，則超聲波順流傳播時間為
權利要求1.一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，該氣體流量計包括第一換能器、 第二換能器、換能器安裝管道、切換電路、發(fā)射電路、接收電路以及控制芯片，所述的第一換能器和第二換能器設在換能器安裝管道上，并連接切換電路，所述的發(fā)射電路的輸入端連接控制芯片，輸出端連接切換電路，所述的接收電路輸入端連接切換電路，輸出端連接控制-H-· I I心片。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，所述的接收電路包括放大電路、濾波電路和AD采集電路，所述的切換電路、放大電路、濾波電路、 AD采集電路和控制芯片依次連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，所述的濾波電路為帶通濾波電路。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，所述的 AD采集電路為高頻AD采集電路。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，所述的第一換能器和第二換能器以單聲道布置方式設置在換能器安裝管道上。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，第一換能器、第二換能器與換能器安裝管道之間的夾角為30° 60°。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，該氣體流量計還包括IXD顯示電路和通信電路。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，其特征在于，所述的通信電路為串口通信電路。
專利摘要本實用新型涉及一種單聲道相關法超聲波氣體流量計，該氣體流量計包括第一換能器、第二換能器、換能器安裝管道、切換電路、發(fā)射電路、接收電路以及控制芯片，所述的第一換能器和第二換能器設在換能器安裝管道上，并連接切換電路，所述的發(fā)射電路的輸入端連接控制芯片，輸出端連接切換電路，所述的接收電路輸入端連接切換電路，輸出端連接控制芯片。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型將相關法理論引入到時差法流量計中，進行相關運算的兩個信號就是順逆發(fā)射的兩個超聲波回波信號，不需要經(jīng)過噪聲解調(diào)，也不需要經(jīng)過電壓比較等環(huán)節(jié)，硬件大大簡化，克服了傳統(tǒng)的時差法和相關法流量計的研制難點。
文檔編號G01F1/66GK202229790SQ201120363838
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月26日
發(fā)明者周愛國, 朱列銘, 陳羽 申請人:同濟大學